氣吹供種滾筒式播種機取種性能的試驗研究

李俊偉 ，楊文偉，馬亞鵬，胡　斌

(石河子大學 機電學院，新疆 石河子　832003)

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氣吹供種滾筒式播種機取種性能的試驗研究

李俊偉 ，楊文偉，馬亞鵬，胡斌

(石河子大學 機電學院，新疆 石河子832003)

摘要：針對現有番茄穴盤育苗播種機空穴率多、單粒率少，難以滿足尺寸小、外形不規整、流動性差的加工番茄種子“一穴一粒”精量播種技術要求的規狀，創新設計了一種基于氣吹供種方式的滾筒式番茄育苗播種機。以此為基礎搭建了基于氣吹供種方式的滾筒式育苗播種試驗裝置，并以單粒率、空穴率、多粒率為試驗評價指標，試驗探究了主要因素(種箱氣室正壓力、孔徑、滾筒轉速) 對主要評價指標的影響規律。試驗結果表明：影響取種性能質量指標的主次關系依次為種箱氣室正壓力、孔徑、滾筒轉速；影響取種性能質量指標最優組合：當種箱氣室正壓力為2kPa、孔徑為1.2mm、轉速為14r/min時取種綜合效果效果較理想。

關鍵詞：育苗播種機；氣吹供種；取種性能；滾筒式

0引言

加工番茄是新疆主要的經濟作物，其種植規模(新疆近3年穩定在10.67萬hm2以上)和制品出口量占全國的90%以上、世界的30%[1]。目前，新疆番茄種植主要采用穴盤育苗技術[2]。育苗播種是育苗移栽的關鍵環節之一，穴盤育苗播種器是穴盤育苗精量播種機的核心部件，按結構原理分為機械式和氣吸式。其中，氣吸式播種機利用氣流取種、攜種、清種和投種，具有生產率高、種子適應性強和不傷種等優點，是精密播種器的研究方向[3-6]。

國內外氣吸式穴盤育苗播種器的研發主要以外形規整或丸粒化的種子為研究對象，而丸粒化種子價格高(一般為非丸粒化種子的5～8倍)，難于被廣大農戶接受。面對以尺寸小、外形不規整、流動性差為主要特征的加工番茄種子(非丸粒化)，僅通過改變取種氣室和吸種孔結構參數和氣動參數無法滿足其“一穴一粒”的精量播種技術要求。新疆番茄穴盤育苗播種主要以人工作業為主，生產效率低、勞動強度大、用工成本高，直接制約了番茄機械化育苗技術的應用于推廣。

針對現有育苗播種機空穴率多、單粒率少，難以滿足尺寸小、外形不規整、流動性差的加工番茄種子“一穴一粒”精量播種技術要求的現狀，從改善種子流動性和種子吸附瞬間的空間位置姿態穩定性入手，提出氣吹供種的新思路，設計了一種基于氣吹供種方式的滾筒式番茄育苗播種機。為探究影響其取種性能的主要影響因素，研制氣吹供種方式的滾筒式育苗播種試驗裝置，根據多次重復試驗，確定三因素四水平進行正交試驗。同時，利用Spss統計分析軟件對試驗結果進行了極差分析和方差分析，得出影響取種性能質量指標最優組合。

1結構及其工作原理

1.1結構組成

基于氣吹供種的滾筒式育苗播種器結構示意圖如圖1所示。其特點是種箱中種子采用氣吹供種方式。供種板上種子在重力作用下沿著引導板滑動到滾筒吸孔附近，吸孔附近種子在種箱氣室正壓作用下，產生近似的懸浮狀態，種子間接觸減少，相互分離呈沸騰狀態，便于滾筒吸種。

1.2工作原理及過程

工作時，變頻器調整電機通過鏈傳動帶動滾筒順時針轉動和輸送帶傳動；吸吹兩用渦旋氣泵負壓氣路連接支撐滾筒的負壓軸，正壓氣路連接供種板下方正壓室；通過負壓軸往滾筒內腔通負壓，滾筒表面吸孔同負壓相通，吸孔通過兩側負壓差的作用吸附種子；滾筒繞負壓軸順時針轉動過程中先經過左側種子箱下方滾筒刷清理滾筒壁上的雜物，再經過氣吹式種子箱，種箱內供種板上的種子在正壓氣室的作用下在供種板“沸騰”跳動；此時，滾筒經過供種板時吸孔取種， 經過滾筒刷時清理種子，種子掉落在輸送帶運送過來的穴盤上，依次進行下一個循環。

1.電機　2.變頻器　3.輸送帶　4.種箱　5.種箱供種板

2播種器取種性能的試驗研究

2.1試驗設備及材料

試驗采用的主要設備為本項目研制的氣吹供種滾筒式播種機試驗樣機，如圖2所示。對于吸種滾筒，考慮到所匹配的穴盤為8×16的穴盤，滾筒橫向打孔8列。

圖2　試驗樣機

試驗所采用的是穴盤8×16，穴盤整體尺寸為532mm×278mm。

試驗材料：里格爾87-5番茄種子，純度96%、凈度98%、發芽率>85%、水分<7%。

試驗儀器：本試驗采用的儀器如表1所示。

表1　試驗儀器

2.2試驗方法

本試驗選擇4種孔徑的吸孔進行。外喇叭吸孔在滾筒上分布情況從左到右依次為：①、②φ1.0mm；③、④φ1.2mm；⑤、⑥φ1.5mm；⑦、⑧φ1.8mm。利用高速攝像對滾筒吸孔取種結果進行分析可知：工作時，滾筒播種器繞負壓軸順時針轉動過程中先經過左側種子箱下方滾筒刷清理滾筒壁上的雜物；其次經過氣吹式種子箱，此時滾筒式播種器在負壓差的作用下經過供種板時吸孔取種；1圈之后又經過滾筒刷時清理種子，種子掉落在輸送帶上，輸送帶的一頭放置接種盒收集種子。試驗前對滾筒的周向16個吸孔做標記(1，2，…，16)，如圖3所示。用高速相機記錄3min內滾筒吸孔的取種情況為1組，從其中隨機統計4圈滾筒吸孔取種數據，重復3組試驗取平均值。

圖3　滾筒標記

2.3試驗方案

2.3.1試驗指標

參考國家農業部關于精密播種的具體要求[7]，本次試驗指標為單粒率、空穴率及多粒率。

2.3.2試驗因素

對于吸種滾筒，考慮到所匹配的穴盤為8×16的穴盤，滾筒橫向打孔 8列。因此，本試驗選擇4種孔徑的吸孔進行。外喇叭吸孔在滾筒上的分布情況從左到右依次為：①、②φ1.0mm；③、④φ1.2mm；⑤、⑥φ1.5mm；⑦、⑧φ1.8mm。預試驗結果表明：滾筒轉速不宜超過 20 r/min(線速度為 0.18 m/s)，所以滾筒轉速取10、12、14、16r/min等4種水平；種箱氣室正壓力取1、2、3、4kPa等4個水平。對于四水平、三因素的試驗安排不考慮交互作用的影響，選用 L16(43)正交表進行正交試驗。因素水平表如表2所示。

表2　因素水平表

2.4試驗結果分析

2.4.1試驗結果統計

根據試驗的實施，結果統計如表3所示。

表3　試驗結果

2.4.2試驗結果的方差分析

對表3的試驗結果進行方差分析，如表4、表5、表6所示。

表4　單粒率方差分析表

由表4可以看出：對于上述番茄育苗播種試驗樣機而言，從單粒率來說，FA>F0.05(3,5)=5.41,說明孔徑對于樣機單粒率的影響是高度顯著的，可信度為95%；F0.1(3,5)=3.62

表5　多粒率方差分析表

由表5可以看出：從多粒率來說，FA>F0.05(3,5)=5.41,說明孔徑對于樣機多粒率的影響是高度顯著的，可信度為95%。

表6　空穴率方差分析表

由表6可以看出：F0.1(3,5)=3.62

綜上所述可知：結合播種機的農藝技術要求，對于取種性能指標，單粒率越高越好，多粒率和空穴率越低越好。由表6可知：種箱氣室正壓力對空穴率的影響最為顯著，各個水平對單粒率和多粒率的影響相差不是很大，選擇第2水平空穴率最低，所以種箱氣室正壓力選擇第2水平較好；其次，孔徑選擇第2水平，單粒率達到最高值，空穴率降到最低，雖然孔徑的第1水平比第2水平多粒率要好，但相差影響并不是很大，所以孔徑第2水平為最優值；從極差分析取種性能的3個指標轉速影響都是最小的，三水平較四水平單粒率和空穴率都達到了最優值，多粒率差值并不大，所以轉速選擇三水平。綜上分析，取種質量性能的指標最優組合是B2>A2>C3，即種箱氣室正壓力2kPa、孔徑1.2mm、轉速14r/min。

2.4.3實驗結果的加權綜合評分分析

為了兼顧各項指標的得失，采用綜合加權評分法進行分析[8]，以選出使各項指標都盡可能達到最優的組合。慮到3 因素對衡量指標的重要程度， 以100分作為總“權”，空穴率為60分，單粒率為30分，多粒率為10分，所以每組試驗綜合評分指標可以表示為

式中yi—第i號試驗所得計算值(加權評分指標)；

Wi—第j個指標“權”值；

yij—第i號試驗中第j個指標;

Rj—第j個指標在該組試驗中造成的極差，單粒率R1=90.5-80.8=9.7，多粒率R2=8.1-4.5=3.6，空穴率R3=11.2-4=7.2；

λi—第j個指標的計算系數(它既考慮權又考慮指標變動程度)。

加權綜合評分指標結果如表7所示，加權綜合評分正交設計極差分析結果如表8所示。

表7　加權綜合評分指標表

表8　加權綜合評分正交設計極差分析表

采用加權綜合評分分析法對實驗結果進行分析，得到的試驗結果為B2>A2>C3,與前一節綜合平衡分析法得到結果完全一致，說明綜合平衡分析法得到結果是正確有效的。

2.5驗證試驗

通過較優水平組合的試驗，其統計結果為：單粒率0.1%，多粒率4.6%，空穴率5.3%。這說明，氣吹供種滾筒式播種機的播種效果較好。

3結論

1)通過試驗得出影響取種性能質量指標的主次關系依次為種箱氣室正壓力、孔徑及轉速。

2) 當種箱氣室正壓力取2kPa、孔徑取1.2mm、滾筒轉速取14r/min時，單粒率為90.1%，多粒率為4.6%，空穴率為5.3%。氣吹供種滾筒式播種機的播種效果較好，完全滿足精量播種的農藝技術要求。

3) 本試驗為后續田間作業和氣吹供種滾筒式播種機的優化設計提供了依據。

參考文獻：

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[2]閆 實, 張麗英,武占會，等.側開孔穴盤在番茄育苗中的應用效果[J].農業工程學報，2014,30(19)：250-256.

[3]周海波，馬旭，姚亞利.水稻秧盤育秧播種技術與裝備的研究現狀及發展趨勢[J].農業工程學報,2008,24(4):301-306.

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Experimental Study on Seeding Performance of Cylinder Precision Tomato Seeder Based on the Pneumatic Suspension Seed Supply

Li Junwei , Yang Wenwei, Ma Yapeng, Hu bin

(Mechanical and Electrical Engineering College of Shihezi University, Shihezi 832000,China)

Abstract：In view of the existing seedling planter have a high empty-seed rate, less single-seed rate and It is difficult to meet the small size, irregular shape, poor mobility of processing tomato seed "a hole grain" precision sowing technical requirements, a cylinder precision seeder based on the pneumatic suspension seed supply was creatively designed,as well as the test device was developed. And with multi-seed rate , single seed rate and empty seed rate as the main evaluation index, experiment explores that the influence law of the main evaluation index affected by the main factors (box chamber positive gas pressure, suction hole diameter, roller speed) .Experiment verification and came to conclusion: when box chamber positive pressure reached 2kPa,suction hole diameter is 1.2mm,roller speed is 14r/min, we can get the best comprehensive effect.

Key words：seedling planter；pneumatic suspension seed supply；seeding performance; cylinder

文章編號：1003-188X(2016)04-0185-05

中圖分類號：S223.94

文獻標識碼：A

作者簡介：李俊偉(1987-),男，湖南寧遠人，講師，(E-mail)ljwjdxy@shzu.edu.cn。通訊作者：胡斌(1968-)，男，湖北英山人，教授，碩士生導師，(E-mail)hb_mac@sina.com。

基金項目：國家自然科學基金資助項目(51265045)

收稿日期：2015-03-23